Hochschule Ulm. Technik, Informatik und Medien. Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik. Fach Leistungselektronik 1

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Reinhardt Dressler
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1 Hochschle Ulm Technk, Informatk n Meen Fakltät lektrotechnk n Informatonstechnk Fach Lestngselektronk Prüfer: Prof. Dr.-Ing. Kröger bschlssklasr am 04. Febrar 20,.30 h Daer: 90 Mnten Btte af em Deckblatt e folgenen nträge n Drckbchstaben vornehmen! Name: Vorname: Matrkel-Nr.: Btte schreben Se af jees wetere Blatt, as Se zr Lösng er fgaben verwenen, etlch Ihren Namen n Ihre Matrkel-Nr.! Nr lesbare Texte n nachvollzehbare echnngen können n er Bewertng berückschtgt weren. ls Hlfsmttel sn en Taschenrechner belebger rt, Schreb- n Zechengeräte n ene hanschrftlche Formelsammlng m Umfang von 8 DIN-4-Seten,.h. 4 Seten mt beschrfteter Vorer- n ücksete, zgelassen. n währen er Klasr engeschaltetes Mobltelefon wr als Betrgsversch gewertet. Vel rfolg! Ihr Clas Kröger

2 Hochschle Ulm Lestngselektronk, fgabe : (0 Pnkte) Krezen Se an, ob e folgenen ssagen rchtg oer falsch sn. Ist ene Telassage falsch, so st e gesamte ssage als falsch z kennzechnen! (rchtg getroffene swahl = Pnkt; falsch getroffene swahl = 0,5 Pnkt bzg!) rchtg falsch Mt stegener Schaltfreqenz enes Stromrchters rezert sch er fwan an Glättngsbatelen für ene bestmmte zlässge Wellgket er sgangsgröße. ne erhöhte Schaltfreqenz führt z ener Vermnerng er Schaltverlste, a herrch e Kommterngszet zwschen en Ventlen mnmert wr. De Wechselrchtertrttgrenze be enem netzgeführten Stromrchter trtt gena ann af, wenn e ngangsspannng e höchstzlässge perosche Sptzensperrspannng überschretet. n Wechselstromsteller (Dmmer) gehört zr Grppe er kommterngslosen Stromrchterschaltngen. Je größer er Überlappngswnkel ener netzgeführten Stromrchterschaltng st, esto stärker wr e sgangsspannng gegenüber en Verhältnssen be ener schlagartgen (ealen) Kommterng rezert. De Verzerrngsblnlestng enes netzgeführten Stromrchters wr von en Oberschwngngen es Netzstromes verrsacht. Das sog. Überkopfzünen enes Thyrstors wr rch engestrahlte Störmplse m Steerkres (Gate-Kres) verrsacht. Be enem selbstgeführten Stromrchter wr e Kommterngsspannng von er Stromrchterschaltng rch schaltene Baelemente selbst erzegt. Be ener TS-Schtzbeschaltng weren Kommterngsrosseln n en Netzengang geschaltet, m e Oberschwngngsrückwrkngen für as Netz z mnmeren. Sog. schnelle Doen er Lestngselektronk zechnen sch rch ene gernge Sperrverzögerngslang as. Fakltät lektrotechnk n Informatonstechnk 2

3 Hochschle Ulm Lestngselektronk, fgabe 2: (8 Pnkte) Be enem Tefsetzsteller (sehe nachfolgene Schaltng) kann von enem nchtlückenen Betreb n ener konstanten sgangsspannng = U = 20 V asgegangen weren. D.h. e Spannngswellgket er sgangsspannng wr vernachlässgt. De ngangsspannng U beträgt U = 60 V. De Halbleterbaelemente sn als eal n e Schaltvorgänge sn als schlagartg z betrachten. L L L V 60 V = C 20 V = 2. Skzzeren Se nter er konkreten ngabe von Spannngswerten en zetlchen Verlaf er Splenspannng L über ene Schaltperoe T S es Wanlers. De Zetaer T se e nschaltaer es Transstors V ; e Zetaer T e sschaltzet von V. 2.2 Welches Tastverhältns D mt D= T TS mss für e Schaltng engestellt weren, amt be er vorlegenen ngangsspannng von 60 V e geforerte sgangsspannng 20 V entsteht? 2.3 Welche Stromschwankng Δ = L,max L,mn legt für en Splenstrom L n esem Betrebszstan vor, wenn n er Schaltng ene Inktvtät L = 0 mh verwenet wr n e Schaltng mt ener Schaltfreqenz f = 20 khz betreben wr? S Fakltät lektrotechnk n Informatonstechnk 3

4 Hochschle Ulm Lestngselektronk, fgabe 3: (22 Pnkte) n nbekannter ohmscher Werstan (z.b. ene elektr. Hezng) wr über enen Wechselstromsteller betreben (sehe Schaltng nten). f er Netzsete wr ene Wrklestngsafnahme von P = 000 W gemessen. Der ffektvwert er Netzspannng beträgt 230 V n für en Wechselstromsteller st en Steerwnkel von α π 6 30 engestellt. De engesetzten Thyrstoren sn als verlstlos z betrachten. = ( ) P =000 W 2 V 230 V L 3. Bestmmen Se en nbekannten Werstan. 3.2 Skzzeren Se qaltatv en zetlchen Verlaf es Laststromes n es Ventlstromes über ene Peroe. 3.3 Bestmmen Se en ffektvwert I,MS n en Mttelwert I, V es Ventlstromes. 3.4 We groß st e gesamte vom Netz bezogene Blnlestng Q er Schaltng n esem Betrebszstan? Fakltät lektrotechnk n Informatonstechnk 4

5 Hochschle Ulm Lestngselektronk, fgabe 4: (30 Pnkte) ne replsge Mttelpnktsschaltng (M3) wr mt ener hohen Glättngsnktvtät ( L ) mt enem Glechstrommotor als Last betreben. Drch e hohe Glättngsnktvtät L st er Strom af er Glechstromsete mt = I = 7 konstant (.h. e Stromwellgket wr vernachlässgt). Der nkerwerstan es Motors st mt =, 5 Ω bekannt; e nzerte Spannng U es Motors beträgt n esem Betrebszstan 60 V (sehe Schaltng). De Ventle sn als verlstlos n e Kommterngen sn als schlagartg (eal) z betrachten. V ~ V Glättngsnktvtät L S ~ 2 L I = 7 T ~ V 3 mt 230 V 3 a M = =, 5 Ω 60 V Glechstrommotor 4. Legt für en gegebenen Betrebszstan er Glech- oer er Wechselrchterbetreb es Stromrchters vor? Begrünen Se krz Ihre ntwort. 4.2 f welchen Wert U α mss er sgang a es Stromrchters für esen Betrebszstan engestellt weren? 4.3 Bestmmen Se en erforerlchen Steerwnkel α für esen Betrebszstan, wenn er ffektvwert er Leter-Sternpnkt-Spannng es spesenen Drehstromnetzes 230 V beträgt. 4.4 Zechnen Se n as obere Lnenagramm er nachfolgen vorbereteten Dagramme en zetlchen Verlaf er sgangsspannng a für en vorlegenen Steerwnkel α en. 4.5 Zechnen Se n as ntere Lnenagramm er nachfolgen vorbereteten Dagramme en zetlchen Verlaf er Ventlspannng V für en vorlegenen Steerwnkel α en. Zr rlechterng sn herz verscheene Spannngsverläfe engezechnet. Von esen Verläfen weren jeoch ncht Fakltät lektrotechnk n Informatonstechnk 5

6 Hochschle Ulm Lestngselektronk, alle benötgt, sonern es st velmehr er jewels rchtge Zetverlaf für enen entsprechenen Zetabschntt als Zechenhlfe aszwählen. T S 2 325,27 V π 2π γ = ωt V S 6 563,38 V T = S S = T T γ = ωt π 2π S T Fakltät lektrotechnk n Informatonstechnk 6

7 Hochschle Ulm Lestngselektronk, fgabe 5: (20 Pnkte) ne vollgesteerte B2-Brückenschaltng wr rch ene hohe Glättngsnktvtät ( L ) mt enem konstanten Glechstrom = I = 0 af er sgangssete betreben. Drch enen Steerwnkel α von α = 60 st am sgang ene Spannng von U α = 50 V engestellt. De Ventle sn als verlstlos n e Kommterngen sn als schlagartg (eal) z betrachten. L I = 0 = const. 3 Netz PQ, V V 3 U α = 50V α = 60 L Last V We groß st e as em Netz entnommene Wrklestng P? Begrünen Se krz Ihren Lösngsansatz. 5.2 We groß st e gesamte as em Netz bezogene Blnlestng Q? 5.3 We groß st e Steerblnlestng Q (Grnschwngngsblnlestng) es Stromrchters n esem Betrebszstan? 5.4 We groß st er ffektvwert I er Grnschwngng es Netzstromes? Fakltät lektrotechnk n Informatonstechnk 7

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